光伏发电并网系统对继电保护的影响研究Word格式.docx

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本文首先对光电池（光伏电站）的形成、分类、并网方式以及目前发展状况进行了简单的分析和论述。

根据光伏电站的特点，建立了光伏发电并网系统模型，通过MATLAB/SIMULINK软件平台搭建了光电池、最大功率点跟踪模型、逆变模块等仿真模型，通过仿真结果分析了各自的特点，并根据特点和影响规律制定了相应的解决方法和控制策略；

由于光伏电源的接入，改变了10kV配电网的电流分布及流向；

对电网的运行电压的分布也有较大的影响。

研究了光伏电站系统在不同位置、不同容量及不同用电负荷对配电网电流流向分布和电压分布的影响特点，并根据影响特点制定相应的技术措施和控制方法，例如增加无功补偿电路、电压检测控制电路等；

最后分析了光伏电站对存在故障的配电线路的影响，并论述了故障电流和保护整定值之间的关系；

并在此基础上，通过数据仿真详细论述了光伏电站的并网位置、电站容量以及不同馈线拓扑方式对短路电流的分布和流向所造成的影响，提出了自适应线路保护的控制方案及修改整定值的方法。

关键词：

光伏发电并网系统；

配电网；

继电保护；

配电自动化

Abstract

Enteringthe21stcentury,fossilfuelreservesaregettinglowerandlower,newenergydevelopmentandresearchmoreandmoreattention.Asthesolarenergywithenvironmentalprotection,pollution-free,sustainabledevelopmentandotherfavorableadvantagesofgraduallybecomingthenewenergyfieldinthedevelopmentofthehighestlevel,themostmature,themostwidelyusedrenewableenergy.

Solarphotovoltaicpowergenerationistheworld'

slargestapplicationofdistributedpower.Withthephotovoltaicpowergenerationandthenetwork,thetotaldistributionnetworktobringagreaterimpact,thenormaloperationofthesystemtobringaseriesoftechnicalproblems,thispaperonthedistributionofphotovoltaicpowersystemvoltagedistribution,automaticreclosing,electricalautomationandtheimpactofrelayprotectionmadeananalysisanddiscussion.

Inthispaper,theconceptofphotovoltaicpowergeneration,classification,andthewayandthecurrentresearchanddevelopmentofthestatusquowerecombed.Thegrid-connectedphotovoltaicpowergenerationsystemmodelisestablished.Thephotovoltaicpowergenerationgrid-connectedsystemmodelisbuiltupbyMATLAB/SIMULINKsoftwareplatform,includingphotovoltaiccell,maximumpowerpointtrackingmodelandinvertermodule.Thesimulationresultsshowtheeffectivenessofthephotovoltaiccell,themaximumpowertrackingalgorithmandthesystemmodel.TheinfluenceofPVgrid-connectedsystemonthepowerflowandvoltagedistributionofdistributionnetworkisanalyzed.TheinfluenceofPVsystemonthedistributionnetworkvoltageandcurrentdistributionindifferentpositionsandcapacitiesandoperatingconditionswasstudied.Thetechnicalmeasuresandcontrolstrategiesofreactivepowerregulationandvoltageregulationwereputforwardaccordingtothelawofinfluence.Finally,theinfluenceofPVsystemonshort-circuitcurrentunderfaultconditionisstudied.Theinfluenceofdifferentaccessposition,differentcapacityanddifferentfaultlocationofPVsystemonshort-circuitcurrentandlineprotectionareanalyzed.

KEYWORDS:

PVgrid-connectedsystem;

distributionnetwork;

relayprotection;

distributionautomation

1绪论

1.1选题背景及其意义

化石燃料的使用带来大量的废气、固体垃圾，环境污染也伴随着产生。

绿色能源的开发和利用成为人类能源利用的热点领域，电力资源具有其方便性成为社会发展的重要资源。

分布式发电成为一种新型资源，具有干净、灵活多变的利用方式，成为世界各国争相发展的热点和新宠，太阳能发电无疑是分布式发电的重要组成部分。

随着光电池技术的发展以及光电转化效率的提高，人类对太阳能的应用和研究也越来越深入。

世界各国对光伏发电的示范作用和应用前景越来越认可，光伏发电（Photovoltaic（PV））在改善能源结构，减少环境污染等方面具有不可替代的作用[1-5]。

光伏应用的主要方式为光热转化、光伏并网发电、光伏发电微电网运行等，其中以光伏并网发电应用最受关注。

开展光伏并网发电的研究，对于新能源替代和环境污染问题，开发利用高稳定性能光伏电站，逐渐提高光伏发电的质量问题，在缓解能源危机方面具有不可替代的现实作用[1-5]。

光伏电站作为太阳能利用最重要的方式之一，其工作特点是：

利用光电池阵列将太阳能转换电能，通过汇流箱等直流设备汇集和控制直流电能，再通过逆变设备将直流电转换为符合用电需求的交流电，用于负载使用，如有盈余，则通过配电线路馈送到电网。

根据实际用电需求和用电位置可任意组合光伏电站的容量、光伏电站的设立位置。

光伏电站具有分散使用的优势，通常作为电厂、电网集中式能源的重要补充，也可作为厂矿企业、边远地区电力供给能源。

随着光伏发电等分布式电源在电网中占有市场份额的提高，并和传统电网形成了资源互补，电网拓扑形式灵活多变，降低环境污染，提高新能源利用程度，改善能源结构。

光伏发电具有许多优点，大面积的并网运行为整个配电网运行的安全性和稳定性带来了负面影响[6-9]。

大容量、多接入点的光伏电站并入电网，将对配电网的安全运行带来新的问题。

主要表现在以下方面：

1）改变了配电线路的损失；

2）供电电流的分布和流向；

3）电能质量的改变；

4）馈线配电自动化；

5）自动重合闸等。

由于光伏发电并网技术发展的不成熟性，电站管理水平的差异、行业及运行规范不够成熟、全面，电站操作人员的水平尚不统一，给供电网络提出了新的要求和技术挑战。

电网的电能质量、运行安全以及线路保护都造成了新的影响，进而使并网技术成为新的瓶颈。

光伏并网是一项新技术，涉及到电网的运行安全问题，不能随心所欲的胡乱利用。

需要合理规划和设计电站并网容量和接入点、选择合适的拓扑形式和并网区域，并满足相应的线路保护条件和技术要求，才能使配电系统稳定、安全运行，其经济性和社会效益才能得到充分发挥。

因此，研究光伏并网对配电系统产生的不利影响，让光伏发电和传统配电系统达到有机结合，充分发挥它对系统的补充优势，克服光伏发电的不利因素，使光伏发电系统具有良好的操作性和资源互补性。

1.2光伏发电技术研究现状

当前，世界各国主要侧重于研究光伏发电技术，即优化光伏发电系统结构、能量传递效率、控制策略及光伏发电并网技术等。

但对光伏电站和配电网之间的影响以及各自对对方的影响研究尚待进一步深入[10-13]。

1.2.1光伏发电系统

1.光伏发电系统的组成和分类

光伏发电系统分为独立太阳能光伏发电系统、并网光伏发电系统和分布式光伏发电系统[14]。

独立太阳能光伏发电是太阳能经过光电池进行能量转换后，直接给用电器使用。

其特点是都含有储能装置或备用电源，以保证夜晚或无太阳能时用电器能够继续工作。

独立太阳能光伏发电在民用领域主要为白天采用太阳能供电，夜晚使用电网供电，可以用于多电源用电器；

在工业范围内主要用于电讯、卫星电池帆板、太阳能水泵、太阳能热水器，在具备地热发电和潮汐发电的地区还可以组成混合发电系统，如太阳能热电联产系统。

主要由光伏阵列、储能装置、逆变器、监控系统、用电设备组成。

结构如图1.1所示：

图1.1光伏发电结构图（独立）

并网光伏发电是太阳能经过光电池转化为电能，经过逆变器转化为交流电能，经过升压后，由馈线接入电网，可作为电网的补充能源。

该种利用方式不需要储能装置。

民用光伏发电多以家庭为单位，并网电压等级一般为380V，主要利用屋顶或建筑物的自然受光面作为电池板的安装位置。

主要由光伏阵列、并网逆变器、公共电网、监控系统组成。

分布式光伏发电又称分散式发电或分布式供能，用电负载靠近大型产业聚集地带，并在该聚集区配置和负荷相适应的光伏电站，以适应该地区的用电需求，支持现有配电网的补充运行，或者同时满足这两个方面的要求。

其运行特点是在太阳能充足的情况下，采用直流汇流装置将各个电池板的电能汇集起来，经过直流配电系统提升直流电压等级，再经过换流设备转换为交流电能，电能供自己负荷使用，如有多余电能则馈送到公共电网上，其电